EP0525439A1 - Bremsscheibe - Google Patents

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EP0525439A1
EP0525439A1 EP92111338A EP92111338A EP0525439A1 EP 0525439 A1 EP0525439 A1 EP 0525439A1 EP 92111338 A EP92111338 A EP 92111338A EP 92111338 A EP92111338 A EP 92111338A EP 0525439 A1 EP0525439 A1 EP 0525439A1
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brake disc
wear
resistant layer
support grid
grid
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Peter Heinrich
Klaus Heck
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Linde GmbH
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Audi AG
Linde GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/125—Discs; Drums for disc brakes characterised by the material used for the disc body

Definitions

  • the invention relates to a brake disc.
  • Brake discs for cars, trucks, etc. are commonly made in one piece from cast iron. Lighter but less robust brake discs made of aluminum, titanium and alloys thereof are also known in terms of weight.
  • a disadvantage of the known brake disks is the weight in the case of cast iron and their relatively low resilience with regard to heat, corrosion and abrasion and their low mechanical stability in the case of the second light-alloy brake disks.
  • the object of the present invention is therefore to provide a brake disc which on the one hand has the lowest possible weight and on the other hand also has properties such as wear, heat, corrosion and abrasion resistance and mechanical stability to a high degree.
  • a brake disc which consists of a composite that has an inner, stable, metallic support grid, the grid bars are provided with a wear-resistant layer and the remaining grid spaces are filled with a light metal.
  • a brake disc designed in this way largely has the desired properties.
  • their mechanical stability is significantly increased compared to known light metal brake discs by the existing support grid.
  • the good heat dissipation is not disturbed by this grid.
  • the wear-resistant layer applied to the bars in particular contributes to increasing the wear resistance and abrasion resistance of the brake disc.
  • filling the space between the grids with light metal results in a significantly reduced weight compared to cast iron brake discs.
  • the wear-resistant layer advantageously consists of a thermally sprayed layer, since the associated application processes, such as Flame spraying and high-speed flame spraying, plasma spraying and arc spraying are fast, economically advantageous application methods for such wear-resistant surface layers.
  • the wear-resistant layer on the support bars can in principle consist of a wide variety of known, wear-resistant coating materials, e.g. coatings made of appropriate steels, molybdenum or also tungsten carbide, and layers made of chrome steel are particularly suitable for many relevant requirements.
  • the light metals aluminum, titanium or alloys thereof have proven themselves as suitable, lightweight filling materials for the interstices between the lattices.
  • a favorable method for producing a brake disc according to the invention is that a suitably designed support grid is presented and the wear-resistant layer is applied to the grid bars by means of a thermal spraying method, preferably autogenous flame spraying or high-speed flame spraying (HGFS), and that the remaining grid spaces of the coated are filled Support grid is accomplished by pouring said light metal around the support grid, which is followed by surface finishing, for example a facing process, if necessary.
  • a thermal spraying method preferably autogenous flame spraying or high-speed flame spraying (HGFS)
  • HGFS high-speed flame spraying
  • This method of manufacture represents a certain additional effort compared to the production of well-known brake discs, but due to the structure of the brake disc from several sub-elements and the associated production stages, it is possible to optimize brake disc properties by varying the corresponding sub-elements and their method of manufacture in the desired directions. For example, the abrasion resistance of the resulting brake disc can be varied through the use of different wear-resistant surface layers.
  • the figure shows approximately a quarter of a brake disc 1 according to the invention with a support grid 2 arranged therein, indicated by dashed lines.
  • the support grid has radial 3 and concentric rods 4.
  • Such a support grid geometry is favorable for the generally circularly symmetrical brake disks, but other support grid geometries or supporting structures are also suitable, for example rectangular grid-like support grids or thin solid disks with mutually spaced, mutually spaced, vertical or also inclined plates.
  • the volumes 6 not claimed by the support grid 2 and the wear-resistant layer 5 are filled with aluminum, which in a casting process is coated with a corresponding casting mold into which the support grid is coated with ten struts can be inserted.
  • the application process for the wear-resistant layer is advantageously carried out in the shown grating in an oblique direction with respect to the central axis of the brake disc and also with a varying direction. In this way, the inside areas of struts 3, 4 are coated evenly and with high quality.
  • the abrasion resistance in particular is essentially determined by the wear layer 5 applied, the abrasion resistance being retained even when the lattice struts are exposed through prolonged operation.
  • the wear-resistant material layers on the inner side surfaces of the lattice struts still act as an abrasion-resistant layer.
  • the support grids are advantageously made of expanded metal and have mesh sizes from a few millimeters to the centimeter range. Overall, such brake discs have all the properties of highly stressable brake discs with a comparatively low weight.

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Abstract

Es handelt sich um eine Bremsscheibe, die aus einem Verbund besteht, der ein inneres, stabiles, metallisches Stützgitter (2) oder dergleichen aufweist, wobei dessen Gitterstäbe oder entsprechendes mit einer verschleißfesten Schicht (5) versehen sind und wobei die verbleibenden Gitterzwischenräume (6) mit einem z.B. durch Gießen einzubringenden Leichtmetall ausgefüllt sind. Mit Vorteil besteht die verschleißfeste Schicht auf dem Stützgitter aus einer thermisch gespritzten, vorzugsweise flammgespritzten Schicht. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe.
  • Bremsscheiben für PKW, LKW, etc. sind in gängiger Weise einstückig aus Gußeisen gefertigt. Ebenso sind auf das Gewicht bezogen leichtere aber weniger robuste Bremsscheiben aus Aluminium, Titan und Legierungen davon bekannt.
  • Nachteilig bei den bekannten Bremsscheiben ist im Falle des Gußeisens das Gewicht und bei den zweitgenannten Leichtmetallbremsscheiben deren vergleichsweise geringe Belastbarkeit hinsichtlich Hitze, Korrosion und Abrieb und deren geringe mechanische Stabilität.
  • Die Aufgabenstellung vorliegender Erfindung besteht daher darin, eine Bremsscheibe anzugeben, die zum einen ein möglichst geringes Gewicht besitzt und zum anderem auch Eigenschaften wie Verschleiß-, Hitze-, Korrosions- und Abriebfestigkeit sowie mechanische Stabilität in hohem Maß aufweist.
  • Diese Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung mit einer Bremsscheibe gelöst, die aus einem Verbund besteht, der ein inneres, stabiles, metallisches Stützgitter aufweist, wobei die Gitterstäbe mit einer verschleißfesten Schicht versehen sind und wobei die verbleibenden Gitterzwischenräume mit einem Leichtmetall ausgefüllt sind.
  • Eine so ausgelegte Bremsscheibe besitzt weitgehend die gewünschten Eigenschaften. Zum einen wird deren mechanische Stabilität im Vergleich zu bekannten Leichtmetallbremsscheiben durch das vorhandene Stützgitter wesentlich verstärkt. Gleichzeitig wird durch dieses Gitter die gute Wärmeableitung nicht gestört. Die auf die Gitterstäbe aufgetragene, verschleißfeste Schicht trägt insbesondere zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und Abriebstabilität der Bremsscheibe bei. Schließlich bewirkt die Auffüllung der Gitterzwischenräume mit Leichtmetall das im Vergleich zu Gußeisenbremsscheiben deutlich reduzierte Gewicht.
  • Mit Vorteil besteht die verschleißfeste Schicht aus einer thermisch gespritzten Schicht,da die zugehörigen Auftragsverfahren wie z.B. Flammspritzen und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Plasmaspritzen und Lichtbogenspritzen schnelle, ökonomisch günstige Auftragsverfahren für derartige verschleißfeste Oberflächenschichten sind.
  • Die verschleißfeste Schicht auf den Stützgitterstäben kann prinzipiell aus den verschiedensten,bekannten, verschleißfesten Beschichtungsmaterialien bestehen, z.B. aus entsprechenden Stählen, Molybdän oder auch Wolframcarbide enthaltende Beschichtungen.Vielen hier relevanten Anforderungen werden Schichten aus Chromstahl in besonderem Maße gerecht. Als geeignete, leichtgewichtige Füllmaterialien für die Gitterzwischenräume haben sich die Leichtmetalle Aluminium, Titan oder Legierungen davon bewährt.
  • Ein günstiges Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bremscheibe besteht darin, daß ein geeignet ausgelegtes Stützgitter vorgelegt wird und die verschleißfeste Schicht auf den Gitterstäben mittels einer thermischen Spritzmethode, vorzugsweise dem autogenen Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HGFS) aufgebracht wird und daß die Ausfüllung der verbleibenden Gitterzwischenräume des beschichteten Stützgitters durch Umgießen des Stützgitters mit besagten Leichtmetallen bewerkstelligt wird, woran sich eine Oberflächennachbearbeitung, beispielsweise ein Plandrehvorgang, bei Bedarf anschließt.
  • Diese Herstellungsweise stellt zwar einen gewissen Mehraufwand im Vergleich zur Produktion altbekannter Bremsscheiben dar, jedoch ergibt sich aufgrund des Aufbaus der Bremsscheibe aus mehreren Teilelementen und den zughörigen Produktionsstufen die Möglichkeit, Bremsscheibeneigenschaften durch Variation entsprechender Teilelemente und deren Herstellungsweise in gewünschte Richtungen zu optmieren zu können. Beispielsweise kann durch die Anwendung verschieden verschleißfester Oberflächenschichten die Abriebfestigkeit der entstehenden Bremsscheibe variiert werden.
  • Anhand der Figur soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
  • Die Figur zeigt etwa einen Viertelteil einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe 1 mit einem darin angeordneten, gestrichelt angedeuteten Stützgitter 2. Das Stützgitter weist im gezeigten Fall radiale 3 und konzentrische Stäbe 4 auf. Eine derartige Stützgittergeometrie ist für die in der Regel kreissymmetrischen Bremsscheiben günstig, es sind jedoch auch andere Stützgittergeometrien oder Tragwerke geeignet, beispielsweise rechteckgitterartige Stützgitter oder dünne Vollscheiben mit beidseitig darauf befestigten, gegenseitig beabstandeten,senkrechten oder auch geneigten Lamellen.
  • Die Gitterstäbe 3,4 oder auch gegfs. vorhandene Lamellen sind allseitig zB.von einer verschleißfesten Chromstahlschicht 5 umgeben, die - nach einer Nachbearbeitung oder zumindest nach einer gewissen Betriebszeit - auch an der Oberfläche der Bremsscheibe sichtbar wird. Diese Verschleißschicht ist mit einem Flammspritzverfahren etwa gemäß dem der US-PS 2,861,900 auf das Stützgitter aufgetragen, d.h. z.B. daß Chromstahlspritzmaterial etwa mit einem Acetylen-Sauerstoff-Verbrennungsgasstrom auf die entsprechenden Flächen aufgebracht wird, wobei vorzugsweise mit Spritzpartikelgeschwindigkeiten von 100 bis 150 m/sec garbeitet und eine Dicke von vorzugsweise 0.5 bis 3 mm aufgetragen wird. Die vom Stützgitter 2 und der verschleißfesten Schicht 5 nicht beanspruchten Volumina 6 sind mit Aluminium ausgefüllt, welches in einem Gießvorgang mit einer entsprechenden Gießform, in die das Stützgitter mit den beschichteten Streben einlegbar ist, eingebracht wird. Der Auftragsvorgang für die verschleißfeste Schicht wird bei dem gezeigten Gitter mit Vorteil in schräger Richtung bezüglich der Bremsscheibenmittelachse und zudem mit variierender Richtung durchgeführt. So werden auch die innenseitigen Bereiche der Streben 3,4 gleichmäßig und hochwertig beschichtet.
  • Speziell die Abriebfestigkeit wird bei den erfindungsgemäßen Bremsscheiben wesentlich von der aufgetragenen Verschleißschicht 5 bestimmt, wobei die Abriebfestigkeit auch dann erhalten bleibt, wenn die Gitterstreben durch längeren Betrieb freigelegt sind. In dieser Phase wirken die auf den inneren Seitenflächen der Gitterstreben sitzenden verschleißfesten Materiallagen immer noch als abriebfeste Schicht. Die Stützgitter sind mit Vorteil aus Streckmetall und weisen Maschenweiten von einigen Millimetern bis in den Zentimeterbereich auf. Insgesamt weisen solche Bremsscheiben alle Eigenschaften hochbeanspruchbarer Bremsscheiben bei vergleichsweise niedrigem Gewicht auf.

Claims (5)

1. Bremsscheibe dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Verbund besteht, der ein inneres, stabiles, metallisches Stützgitter (2) oder dergleichen aufweist, dessen Gitterstäbe mit einer verschleißfesten Schicht (5) versehen sind, wobei die verbleibenden Gitterzwischenräume (6) mit einem Leichtmetall ausgefüllt sind.
2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Schicht aus einer thermisch gespritzten Schicht besteht.
3. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Schicht aus Chromstahl besteht.
4. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gitterzwischenräume ausfüllende Leichtmetall Aluminium, Titan oder eine Legierung davon ist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Bremscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein geeignet ausgelegtes, umgießbares Stützgitter vorgelegt wird,
daß die verschleißfeste Schicht auf den Gitterstäben mittels einer thermischen Spritzmethode, vorzugsweise dem autogenen Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HGFS) aufgebracht wird,
und daß die Ausfüllung der verbleibenden Gitterzwischenräume des beschichteten Stützgitters durch Umgießen des Stützgitters mit besagten Leichtmetallen ausgeführt wird, woran sich gegebenenfalls eine Oberflächennachbearbeitung anschließt.
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